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一、 MSTP產(chǎn)生背景
IEEE 于2002年發(fā)布的802.1S標(biāo)準(zhǔn)定義了MSTP
RSTP和STP 缺點(diǎn)：
同一局域網(wǎng)內(nèi)所有的vlan共享一個(gè)生成樹(shù)，無(wú)法在vlan間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流量的負(fù)載均衡；
鏈路利用率低，被阻塞的冗余鏈路不承載任何流量，造成了帶寬的浪費(fèi)，還可能造成部分vlan報(bào)文無(wú)法轉(zhuǎn)發(fā)。
MSTP：MSTP兼容STP和RSTP，既可以快速收斂，又能使不同VLAN的流量沿各自的路徑轉(zhuǎn)發(fā)，從而為冗余鏈路提供了更好的負(fù)載分擔(dān)機(jī)制。
二、 MSTP基本概念
1.MSTP網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)
MSTP不僅涉及多個(gè)MSTI（生成樹(shù)實(shí)例），而且還可劃分多個(gè)MST域（MST Region，也稱(chēng)為MST區(qū)域）?？偟膩?lái)說(shuō)，一個(gè)MSTP網(wǎng)絡(luò)可以包含一個(gè)或多個(gè)MST域，而每個(gè)MST域中又可包含一個(gè)或多個(gè)MSTI。組成每個(gè)MSTI的是其中運(yùn)行STP/RSTP/MSTP的交換設(shè)備，是這些交換設(shè)備經(jīng)MSTP協(xié)議計(jì)算后形成的樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)。
2.MSTP域
同一MSTP域設(shè)備的特點(diǎn)
都啟動(dòng)MSTP
具有相同的域名
具有相同的VLAN到生成樹(shù)實(shí)例映射配置
具有相同的MSTP修訂級(jí)別配置
一個(gè)MSTP網(wǎng)絡(luò)可以存在多個(gè)MST域，各MST域之間在物理上直接或間接相連。用戶可以通過(guò)MSTP配置命令把多臺(tái)交換設(shè)備劃分在同一個(gè)MST域內(nèi)。
3. MSTI 多生成樹(shù)實(shí)例
MSTI是指MST域內(nèi)的生成樹(shù)。一個(gè)MST域內(nèi)可以通過(guò)MSTP生成多棵生成樹(shù)，各棵生成樹(shù)之間彼此獨(dú)立。一個(gè)MSTI可以與一個(gè)或者多個(gè)VLAN對(duì)應(yīng)，但一個(gè)VLAN只能與-個(gè)MSTI對(duì)應(yīng)。
4.VLAN映射表
VLAN映射表是MST域的屬性，描述了VLAN和MST域中對(duì)應(yīng)MSTI之間的映射關(guān)系。也就是把那些VLAN分別加入哪個(gè)MSTI中。
5.IST內(nèi)部生成樹(shù)
IST是各個(gè)MST域內(nèi)部的一棵生成樹(shù)，是僅針對(duì)具體的MST域來(lái)計(jì)算的。但它是一個(gè)特殊的MSTI，其MSTIID為0，即IST通常稱(chēng)為MSTI0。每個(gè)MST域中只有一個(gè)IST，包括對(duì)應(yīng)MST域中所有互聯(lián)的交換機(jī)。
6. CST公共生成樹(shù)
CST：是連接整個(gè)MSTP網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有MST域的一棵單生成樹(shù)，是針對(duì)整個(gè)MSTP網(wǎng)絡(luò)來(lái)計(jì)算的，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只有一個(gè)CST，每個(gè)MST域中的IST是整個(gè)MSTP網(wǎng)絡(luò)CIST在對(duì)應(yīng)MST與中的一個(gè)片段
7.CIST公共和內(nèi)部生成樹(shù)
CIST是通過(guò)STP或RSTP協(xié)議計(jì)算生成的，連接整個(gè)MSTP網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有交換機(jī)的單生成樹(shù)，由IST和CST共同構(gòu)成。這里要注意了，上面介紹的CST是連接交換網(wǎng)絡(luò)中所有MST域的單生成樹(shù)，而此處的CIST則是連接交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有交換機(jī)的單生成樹(shù)。即每個(gè)MSTP網(wǎng)絡(luò)中也只有一個(gè)CIST。交換網(wǎng)絡(luò)中的所有MST域的IST和CST一起構(gòu)成一棵完整的生成樹(shù)，也就是這里的CIST。
8.SST
構(gòu)成SST（生成樹(shù)）有兩種情況
運(yùn)行STP或RSTP生成樹(shù)協(xié)議的交換機(jī)只屬于一個(gè)生成樹(shù)
MST與中只有一個(gè)交換機(jī)，這個(gè)交換機(jī)構(gòu)成了生成樹(shù)，如上圖的B0區(qū)域
9.總根
總根是CIST生成樹(shù)的根橋，通常是交換網(wǎng)絡(luò)中最上層的交換機(jī)，上圖中的總根是A0域中的IST生成樹(shù)的根，一個(gè)MSTP網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)總根
10. 根域
在MSTP網(wǎng)絡(luò)中，每MST域都有一個(gè)特殊的IST實(shí)例，以及許多MSTI實(shí)例，所以域根（Regional Root）又分為IST域根和MSTI域根。
各個(gè)MST域中的IST生成樹(shù)中舉例CIST總根舉例最近的交換機(jī)是IST域根，總根所在MST域的IST域根就是總根。
MSTI的域根是對(duì)應(yīng)生成樹(shù)實(shí)例的樹(shù)根，域中不同的MSTI有各自的域根。而且，MST域內(nèi)各棵生成樹(shù)的拓?fù)洳煌?，域根也可能不同?/p>
三、MSTP端口角色
MSTP端口角色相比RSTP中多一個(gè)主端口（master port ），根端口、指定端口、Alternate 端口、Backup端口和邊緣端口這五種主要端口角色的作用與RSTP協(xié)議中對(duì)應(yīng)的端口角色定義完全相同。
與RSTP相同，在MSTP中除了邊緣端口外，其他端口都參與MSTP的計(jì)算過(guò)程，同一端口在不同生成樹(shù)中擔(dān)任不同角色
Master端口
Master端口是MST域和總根相連的所有路徑中最短路徑上的端口，它是交換機(jī)上連接MST域到總根的端口。Master端口是域中的報(bào)文去往總根的必經(jīng)之路。Master端口是特殊域邊緣端口，Master 端口在CST/CIST上的角色是根端口，在其他各實(shí)例上的角色都是Master。在圖中，交換設(shè)備S1、S2、S3、S4和它們之間的鏈路構(gòu)成一個(gè)MST域，SI交換設(shè)備的端口AP1在域內(nèi)的所有端口中到總根的路徑開(kāi)銷(xiāo)最小，所以API為Master端口。
域邊緣端口
域邊緣端口是指位于MST域的邊緣并連接其他MST域或SST的端口。進(jìn)行MSTP計(jì)算時(shí)，域邊緣端口在MSTI上的角色和CIST實(shí)例的角色保持一致。即如果邊緣端口在CIST實(shí)例上的角色是Master端口（連接域到總根的端口），則它在域內(nèi)所有MSTI上的角色也是Master端口。在圖中，AP1是域邊緣端口，它在CIST上的角色是Master端口，則API在MST域內(nèi)所有生成樹(shù)實(shí)例上的角色都是Master端口。
四、MSTP的端口狀態(tài)與收斂機(jī)制
| 端口角色端口狀態(tài) | 根端口/Master端口 | 指定端口 | 域邊緣端口 | Aiternate端口 | Backup端口 |
|---|---|---|---|---|---|
| Forwarding | √ | √ | √ | - | - |
| Leaning | √ | √ | √ | - | - |
| Discarding | √ | √ | √ | √ | √ |
MSTP的收斂機(jī)制與RSTP是完全一樣的。
五、 MSTP 拓?fù)溆?jì)算原理
MSTP將整個(gè)層網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)MST域，把每個(gè)域視為一個(gè)節(jié)點(diǎn)。各個(gè)MST域之間按照STP或者RSTP協(xié)議算法進(jìn)行計(jì)算并生成CST（是單生成樹(shù)）；在一個(gè)MST域內(nèi)則是通過(guò)MSTP協(xié)議算法計(jì)算生成若干個(gè)MSTI（是多生成樹(shù)），其中實(shí)例0被稱(chēng)為IST。MSTP使用MST BPDU（Multiple Spanning Tree Bridge Protocol Data Unit，多生成樹(shù)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元）作為生成樹(shù)計(jì)算的依據(jù)。MSTBPDU報(bào)文用來(lái)計(jì)算生成樹(shù)的拓?fù)?、維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约皞鬟_(dá)拓?fù)渥兓涗洝?/p>
5.1 MSTP 向量?jī)?yōu)先級(jí)
| 優(yōu)先級(jí)向量名 | 說(shuō)明 |
|---|---|
| 根橋ID | 根橋ID用于選擇CIST中的根橋。在BPDU中對(duì)應(yīng)的網(wǎng)橋ID，計(jì)算公式為：Priority（l6bits）+MAC（48bits） |
| 外部路徑開(kāi)銷(xiāo)（ERPC） | 從MST域根到達(dá)總根的路徑開(kāi)銷(xiāo)。MST域內(nèi)所有交換機(jī)上保存的外部路徑開(kāi)銷(xiāo)相同。若CIST根橋在域中，則域內(nèi)所有交換機(jī)上保存的外部路徑開(kāi)銷(xiāo)為0 |
| 域根ID | 也就是通常所說(shuō)的MSTI樹(shù)根，域根ID用于選擇MSTI中的樹(shù)根。它也是通過(guò)網(wǎng)橋ID來(lái)選舉的，計(jì)算公式為：Priority（l6bits）+ MAC（48bits） |
| 內(nèi)部路徑開(kāi)銷(xiāo)（IRPC） | 本交換機(jī)到達(dá)域根橋的路徑開(kāi)銷(xiāo)。域邊緣端口保存的內(nèi)部路徑開(kāi)銷(xiāo)值大于（優(yōu)先級(jí)越低）非域邊緣端口保存的內(nèi)部路徑開(kāi)銷(xiāo) |
| 指定橋 | CIST或MSTI實(shí)例的指定橋是本交換機(jī)通往域根的最鄰近的上游交換機(jī)。如果本交換機(jī)就是總根或域根，則指定橋?yàn)樽约?/td> |
| 指定端口 | 指定橋上與本交換機(jī)根端口相連的端口就是指定端口。其端口ID（Port ID）=Priority（8位）+端口號(hào)（8位）。 |
| 接收端口 | 端口優(yōu)先級(jí)必須是16的整數(shù)倍接收到BPDU報(bào)文的端口。其端口ID（Port ID）= Priority（8位）+端口號(hào)（8位）。端口優(yōu)先級(jí)必須是16的整數(shù)倍 |
?
最小向量擁有最高優(yōu)先級(jí)：比較規(guī)則如下
首先，比較根橋ID。
如果根橋ID相同，再比較外部路徑開(kāi)銷(xiāo)。
如果外部路徑開(kāi)銷(xiāo)還相同，再比較域根ID.
如果域根ID仍然相同，再比較內(nèi)部路徑開(kāi)銷(xiāo)。
如果內(nèi)部路徑仍然相同，再比較指定橋ID。
如果指定橋ID仍然相同，再比較指定端口ID。
如果指定端口ID還相同，再比較接收端口ID。
5.2 CIST 的計(jì)算
經(jīng)過(guò)配置消息交換比較后，首先在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中選擇一個(gè)優(yōu)先級(jí)最高的交換機(jī)作為CIST的樹(shù)根，然后在每個(gè)MST域內(nèi)通過(guò)MSTP協(xié)議算法計(jì)算生成IST；同時(shí)MSTP將每個(gè)MST域作為單臺(tái)交換機(jī)對(duì)待，通過(guò)STP或者RSTP協(xié)議算法在MST域間計(jì)算生成CST。
CST和IST構(gòu)成了整個(gè)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)的CIST。
5.3 MSTI計(jì)算
在MST域內(nèi)，MSTP根據(jù)VLAN和生成樹(shù)實(shí)例的映射關(guān)系，針對(duì)不同的VLAN生成不同的生成樹(shù)實(shí)例
特點(diǎn)：
每個(gè)MSTI獨(dú)立計(jì)算自己的生成樹(shù)，互不干擾。
每個(gè)MSTI的生成樹(shù)計(jì)算方法與RSTP基本相同。
每個(gè)MSTI的生成樹(shù)可以有不同的根，不同的拓?fù)洹?/p>
每個(gè)MSTI在自己的生成樹(shù)內(nèi)發(fā)送BPDU。
每個(gè)MSTI的拓?fù)渫ㄟ^(guò)命令配置決定（不是自動(dòng)生成的）。
每個(gè)端口在不同MSTI上的生成樹(shù)參數(shù)可以不同。
每個(gè)端口在不同MSTI上的角色、狀態(tài)可以不同。
5.4 MSTI 生成樹(shù)算法實(shí)現(xiàn)
在一開(kāi)始時(shí)，每臺(tái)交換機(jī)的各個(gè)端口會(huì)生成以自身交換機(jī)為根橋的配置消息，其中根路徑開(kāi)銷(xiāo)為0，指定橋ID為自身交換機(jī)ID，指定端口為本端口。每臺(tái)交換機(jī)都向外：發(fā)送自己的配置消息，并在接收到其他配置消息后進(jìn)行如下處理。
（1）當(dāng)端口收到比自身的配置消息優(yōu)先級(jí)低（優(yōu)先級(jí)的比較就是根據(jù)前面介紹的向量?jī)?yōu)先級(jí)比較規(guī)則進(jìn)行的）的配置消息時(shí)，交換機(jī)把接收到的配置消息丟棄，對(duì)該端口的配置消息不作任何處理。
（2）當(dāng)端口收到比本端口配置消息優(yōu)先級(jí)高的配置消息時(shí)，交換機(jī)把接收到的配置消息中的內(nèi)容替換該端口的配置消息中的內(nèi)容：然后交換機(jī)將該端的配置消 息和交換機(jī)上的其他端口的配置消息進(jìn)行比較，選出最優(yōu)的配置消息。
計(jì)算生成樹(shù)的步驟如下：
選舉根橋。此步是通過(guò)比較所有交換機(jī)發(fā)送的配置消息的樹(shù)根ID，樹(shù)根ID值最小的交換機(jī)為CIST根橋，或者M(jìn)ST域根橋。
選舉非根橋上的根端口。每臺(tái)非根橋把接收到最優(yōu)配置消息的那個(gè)端口定為自身交換機(jī)的根端口。
選舉指定端口。在這一步又分為以下兩個(gè)子步驟：
首先，交換機(jī)根據(jù)根端口的配置消息和根端口的路徑開(kāi)銷(xiāo)，為每個(gè)端口計(jì)算一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的指定端口配置消息：用樹(shù)根ID替換為根端口配置消息中的樹(shù)根ID；用根路徑開(kāi)銷(xiāo)替換為根端口配置消息中的根路徑開(kāi)銷(xiāo)加上根端口的路徑開(kāi)銷(xiāo)：用指定橋ID替換為自身交換機(jī)的ID：用指定端口ID替換為自身端口ID。
然后，交換機(jī)對(duì)以上規(guī)則計(jì)算出來(lái)的配置消息和對(duì)應(yīng)端口上原來(lái)的配置消息進(jìn)行比較。如果端口上原來(lái)的配置消息更優(yōu)，則交換機(jī)將此端口阻塞，端口的配置消息不變，并且此端口將不再轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，只接收配置消息（相當(dāng)于根端口）；如果通過(guò)以上替換計(jì)算出來(lái)的配置消息比端口上原來(lái)的配置消息更優(yōu)，則交換機(jī)就將該端口設(shè)置為指定端口，端口上的配置消息替換成通過(guò)以上替換計(jì)算出來(lái)的配置消息，并周期性向外發(fā)送。
在MSTI生成樹(shù)拓?fù)涫諗亢?，無(wú)論非根橋是否接收到根橋傳來(lái)的信息都按照Hello定時(shí)器周期性發(fā)送BPDU。如果一一個(gè)端口連續(xù)3個(gè)Hello時(shí)間（這個(gè)是缺省的設(shè)置）接收不到指定橋（也就是它所連接的上-級(jí)交換機(jī)）送來(lái)的BPDU，那么該交換機(jī)認(rèn)為與此鄰居之間的鏈路失敗。
5.5 MSTP 對(duì)拓?fù)渥兓奶幚?/p>
在MSTP中檢測(cè)拓?fù)涫欠癜l(fā)生了變化的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)–個(gè)非邊緣端口的狀態(tài)是否遷移到Forwarding狀態(tài)，如果是遷移到了Forwarding狀態(tài)，則會(huì)發(fā)生拓?fù)渥兓?br /> 交換機(jī)一旦檢測(cè)到拓?fù)浒l(fā)生變化，進(jìn)行如下處理。
為本交換機(jī)的所有非邊緣指定端口啟動(dòng)一個(gè)TC While Timer（該計(jì)時(shí)器值是Hello Time的兩倍），并在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，清空這些端口上學(xué)來(lái)的MAC地址。如果是根端口上有狀態(tài)變化，則啟動(dòng)根端口。
發(fā)生狀態(tài)變化的這些端口向外發(fā)送TC BPDU，其中的TC置位，直到TC While Timer超時(shí)。根端口總是要發(fā)送這種TC BPDU。
其他交換機(jī)接收到TC BPDU，進(jìn)行如F處理。
清空所有端口學(xué)來(lái)的MAC地址，收到TC BPDU的端口除外。
為所有自己的非邊緣指定端口和自己的根端口啟動(dòng)TC While計(jì)時(shí)器，重復(fù)上述過(guò)程。
六、 MSTP BPDU 報(bào)文
4中BPDU 的比較
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| 名稱(chēng) | 版本 | 類(lèi)型 |
|---|---|---|
| 配置BPDU | 0 | 0X00 |
| RST BPDU | 2 | 0X02 |
| MST BPDU | 3 | 0X02 |
| TCN BPDU | 0 | 0X80 |
MST BPDU 報(bào)文結(jié)構(gòu)如下圖，無(wú)論是域內(nèi)的MST BPDU 還是域間的 MST BPDU，前36字節(jié)和 RST bpdu是相同的，從第37 字節(jié)開(kāi)始是 MSTP專(zhuān)有字段
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MSTP BPDU 字段說(shuō)明
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MSTP BPDU報(bào)文格式可配置功能目前MSTP的BPDU報(bào)文存在兩種格式。
dotls：IEEE802.1s規(guī)定的報(bào)文格式。
legacy：華為私有協(xié)議報(bào)文格式。
華為交換機(jī)支持自動(dòng)識(shí)別報(bào)文格式的功能，支持自動(dòng)識(shí)別模式
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]stp?compliance?? ??auto????Protocol?type?is?auto ??dot1s???Protocol?type?is?802.1s ??legacy??Protocol?type?is?legacy 編輯：黃飛
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工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論